玉米雄性不育基因MS305的功能及调控网络研究
批准号:
32072075
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张梅
依托单位:
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张梅
中文摘要
玉米作为我们的主要粮食作物,在保障我国粮食安全上发挥的重要作用。开展控制雄穗发育和雄性育性的重要基因的功能和调控网络的研究,具有重要意义。ms305是玉米中一个新的雄性不育突变体。ms305纯合突变体的株型和生育期与野生型基本一致,但其花药不能外露,内部花粉败育。BSA测序分析和CRISPR/Cas9敲除实验确定,该基因编码一个脱水蛋白。突变体中在一个保守结构域区段内的一个碱基的替换(G>A)造成了一个氨基酸的变化,最终导致了ms305突变体的表型。本项目将进一步结合转录组学、基因编辑技术以及多种生化方法等,研究MS305基因的表达调控网络、互作蛋白和该基因的潜在DNA结合位点以及MS305基因的逆境胁迫响应模式。本研究不仅将解析MS305控制玉米雄穗育性的分子机制和其遗传调控网络,揭示其在响应逆境胁迫的作用,还为新型核雄性不育系的开发提供新的基因资源。
英文摘要
Maize is a major crop, playing critical role in contributing to the food security in China. Understanding the molecular mechanism of tassel development and nuclear gene controlled male sterility is of importance in maize. ms305 is a newly identified male-sterile mutant. Phenotype analysis showed that the homozygous ms305 mutant was about the same to its wild type, in terms of plant type and flowering time, with the exceptions that its anthers could not be exposed and pollens were aborted. BSA analysis and CRISPR/Cas9 knockout (the target gene) experiments demonstrated that the mutated gene encodes a desiccation-related protein, with a base substitution (G > A) that caused an amino acid change at a conserved domain. In this project, we will further explore the MS305 gene regulatory network, its interacting proteins and potential DNA binding motif, as well as how MS305 gene could response to various abiotic stress conditions, by combining multiple strategies including transcriptome analysis, gene editing, and a number of biochemical experiments. In the end, we will reveal the molecular regulatory mechanism of MS305 gene, and its role in response to stress. In addition to the contribution on the molecular understanding of tassel development, our study will also provide a much needed genetic resource with potential of developing novel male sterile lines for hybrid seed production in maize.
玉米作为我国三大粮食作物之一,在保障我国粮食安全上发挥重要作用。开展控制雄穗发育和雄性育性的重要基因的功能和调控网络的研究,具有重要意义。本项目基于之前获得的EMS雄性不育突变体ms305,通过BSA测序分析方法进行基因定位,并结合转录组学、基因编辑技术以及多种生化方法等,研究MS305基因的表达调控网络、互作蛋白,进一步揭示其在玉米雄穗育性调控中功能。本项目按计划实施,确定了脱水蛋白基因ZmDRP1为导致ms305突变体雄性不育的功能基因,其CRISPR/Cas9突变体表现为雄性不育,验证了ZmDRP1基因的功能。值得注意的是,除雄性不育外,zmdrp1突变体在株型和生育期上与野生型没有明显差异,具有作为雄性不育系应用于玉米杂交制种的潜力。此外,发现ZmDRP1主要在四分体到单核期的绒毡层中特异表达,ZmDRP1蛋白主要分布在内质网及细胞膜。在zmdrp1突变体和野生中差异表达的基因主要参与营养代谢以及细胞壁合成相关代谢途径上。鉴定并验证了Zm00001d042965为ZmDRP1的互作蛋白。进化分析发现ZmDRP1基因经历了人工选择。本研究克隆了雄性不育基因ZmDRP1,并解析了其基因功能,为新型核雄性不育系的开发提供了新的基因资源。
玉米生殖器官发育及耐热性分子机制解析
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批准号:32422063
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项目类别:优秀青年科学基金项目
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资助金额:200.00万元
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批准年份:2024
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负责人:张梅
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依托单位:
国内基金
海外基金